“蟲臉識別”技術(shù)：害蟲，來刷個(gè)臉

程醉

在茂密的辣椒地里，一只芫菁伸了伸懶腰，從睡夢中醒來。這是一只芫菁的成蟲，它以各種植物的葉片、花瓣和果實(shí)為食，是名副其實(shí)的害蟲。仔細(xì)觀察，你就會(huì)發(fā)現(xiàn)，它的頭部帶紅色，兩個(gè)角質(zhì)前翅上各有一條黃白相間的條紋。原來，這家伙是節(jié)肢動(dòng)物門鞘翅目芫菁科的豆芫菁。

就在豆芫菁活動(dòng)完筋骨，準(zhǔn)備對辣椒剛剛結(jié)出的嫩果大快朵頤的時(shí)候，正在幫家長干農(nóng)活兒的同學(xué)發(fā)現(xiàn)了它?！拔灮鹣x，螢火蟲，這兒有一只螢火蟲！”同學(xué)興奮地喊了起來。隨后，他便一把抓住了這只小蟲子?？蓻]想到，剛剛抓到手中，他就感到一陣火燎般的刺痛。

原來，豆芫菁能分泌一種叫斑蝥素的刺激性化學(xué)物質(zhì)。人的皮膚一旦接觸到斑蝥素，不但會(huì)疼痛難忍，還會(huì)出現(xiàn)大量的水泡。這是豆芫菁的一種自我保護(hù)措施，但對人類的危害可就大了。

那么，這位同學(xué)為什么會(huì)把豆芫菁錯(cuò)認(rèn)為螢火蟲呢？原來，豆芫菁和螢火蟲不但外形長得很像，就連顏色、大小都相差不多，如果不仔細(xì)辨認(rèn)，很容易混淆。

那么，有沒有能夠幫助我們辨識害蟲的高科技手段呢？答案是肯定的。那就是由中科院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院智能機(jī)械研究所研制的、已在我國6 個(gè)省市推廣應(yīng)用的“蟲臉識別”技術(shù)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)原理

“蟲臉識別”技術(shù)有些類似我們常用的人臉識別技術(shù)，就是利用人工智能來辨識圖片中昆蟲的種類、數(shù)量，再配合當(dāng)?shù)氐臏囟?、濕度等信息，綜合評估出其對農(nóng)作物的危害程度?！跋x臉識別”技術(shù)的整個(gè)工作過程大致也是由拍攝、上傳、分析、反饋等環(huán)節(jié)構(gòu)成。

該技術(shù)由一根配有高清攝像頭與傳感器的“自拍桿”和搭載專用App 的智能終端組成，可以伸到作物根系、果樹樹梢等調(diào)查人員難以觀察的地方，使圖像采集工作更加便捷。

在田間完成圖像采集后，通過專用App 將圖片上傳至后端的算法服務(wù)器上。服務(wù)器會(huì)基于人工智能技術(shù)對這些圖像中包含的信息進(jìn)行分析與綜合研判，并將識別結(jié)果返回至移動(dòng)終端，整個(gè)過程僅需1 秒鐘左右。

在移動(dòng)終端上，用戶可以實(shí)時(shí)查看當(dāng)前的圖像中是否有害蟲以及害蟲的數(shù)量，也可以根據(jù)多個(gè)采樣點(diǎn)的識別結(jié)果綜合評估出當(dāng)前田塊中的蟲害發(fā)生等級，并提供合適的防治建議。

為害蟲拍“寫真”

不過，昆蟲的臉在哪里，或者說哪里是昆蟲的臉呢？

人的臉上長著眼睛、鼻子、嘴巴等器官，一目了然。但昆蟲則不同，有一種鳳蝶的屁股上也長有眼睛，而蟋蟀的耳朵則長在腿上。并且，所有的昆蟲都沒有鼻子，只能依靠觸角來分辨氣味。坦率地說，昆蟲想要“刷臉識別”還是一件挺麻煩的事情。

那么，我國的科學(xué)家又是如何做到通過“刷臉”來識別昆蟲的呢？其實(shí)，答案也很簡單，那就是給昆蟲來一些全身特寫，還必須是多角度的特寫。

在自然界里，有一些昆蟲長相非常相似。比如，園林大害蟲美國白蛾的成蟲和柳毒蛾的成蟲就非常相似，兩者除了觸角和腿上的環(huán)斑不同，也就是在體形上略有差異了。即便是經(jīng)驗(yàn)豐富的園林工作人員，有時(shí)候也難免會(huì)將它們認(rèn)錯(cuò)。同時(shí)，對于它們的防治，在使用藥物、劑量、時(shí)間等方面也略有不同。所以，在使用“蟲臉識別”技術(shù)辨別這兩種害蟲時(shí)，必須給它們多來幾張不同角度的特寫，以便人工智能在后期分析時(shí)能夠準(zhǔn)確地作出判斷。

挑戰(zhàn)難度大

那么，“蟲臉識別”技術(shù)會(huì)不會(huì)出錯(cuò)呢？

當(dāng)然會(huì)。因?yàn)檎l都無法保證自己的技術(shù)、軟件、設(shè)備永遠(yuǎn)不會(huì)出現(xiàn)一點(diǎn)兒錯(cuò)誤，畢竟就連發(fā)射火箭、衛(wèi)星也會(huì)有“馬失前蹄”的時(shí)候。但實(shí)事求是地說，“蟲臉識別”技術(shù)出現(xiàn)錯(cuò)判，主要還是由于拍攝的照片受到逆光、陰影、分辨率等影響而導(dǎo)致的不清晰。同時(shí)，有些害蟲實(shí)在太小，比如說森林害蟲紅脂大小蠹的成蟲只有幾毫米長，普通的手機(jī)、相機(jī)難以將它們拍攝清楚也是一個(gè)原因。并且數(shù)據(jù)庫里暫時(shí)還沒有的害蟲，“蟲臉識別”技術(shù)自然也就認(rèn)不出來了。

2023 年2 月，我國上海海關(guān)在例行檢查時(shí)，發(fā)現(xiàn)了318 個(gè)底部墊有濕潤棉花的塑料管，里面各有一只個(gè)頭兒挺大的螞蟻?？墒牵梦覀兊摹跋x臉識別”技術(shù)卻無法判斷出它們是否屬于害蟲。后來，在生物學(xué)家的幫助下，海關(guān)檢查人員才最終知道它們名叫“大頭收獲蟻”。

大頭收獲蟻本身雖然對農(nóng)作物沒有什么危害，但是會(huì)為了收獲柑橘、菠蘿等植物上害蟲分泌的蜜液而對這些害蟲進(jìn)行保護(hù)。大頭收獲蟻被很多人作為“異寵”來飼養(yǎng)，但其屬于間接性害蟲，一旦擴(kuò)散到我國野外，后果不堪設(shè)想。

由于目前我國野外并沒有大頭收獲蟻這種外來物種，所以在“蟲臉識別”的數(shù)據(jù)庫里也就沒有它們的資料。不過，隨著數(shù)據(jù)庫的不斷完善，將來，全世界絕大部分害蟲都會(huì)被“記錄在案”。

助農(nóng)幫手

水稻是我國主要的糧食作物之一，在全國各地都有大面積種植。而稻螟蟲是危害水稻的常見害蟲之一，它們的幼蟲在稻莖、葉鞘內(nèi)取食，俗稱“水稻鉆心蟲”。每年冬季，稻螟蟲的幼蟲在收割后的稻樁中越冬。因此，每年冬天到水稻田里實(shí)地抽查，是農(nóng)技人員對來年稻螟蟲危害進(jìn)行預(yù)估的主要方法之一。

使用“蟲臉識別”技術(shù)之后，不但極大地減輕了農(nóng)技人員的工作量，同時(shí)也為具體判斷這些“潛伏”在稻樁里的害蟲提供了更為及時(shí)和準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)。

瓢蟲是我們熟悉的一種昆蟲，它們顏色很艷麗，常有黃、黑、紅色的斑紋。其中，七星瓢蟲喜吃蚜蟲，是大名鼎鼎的益蟲。然而，十星瓢蟲、茄二十八星瓢蟲、馬鈴薯瓢蟲等卻是吃農(nóng)作物葉子的害蟲。雖然從它們體表的星斑似乎很容易分辨，但是屬于益蟲的瓢蟲還有六條瓢蟲、龜紋瓢蟲、異色瓢蟲等。若非專業(yè)人士，僅憑肉眼要分辨一只瓢蟲是敵是友，確實(shí)不太容易。

利用“蟲臉識別”技術(shù)，人們便可以拿出手機(jī)給蟲子拍攝幾張不同角度的特寫照片，然后通過專用App 上傳照片，待人工智能辨識之后， 立即就會(huì)將反饋信息發(fā)送到人們的手機(jī)上。

目前，“蟲臉識別”技術(shù)已經(jīng)在安徽、江西等地開始了推廣應(yīng)用。依靠快速發(fā)展的人工智能技術(shù)，相信“蟲臉識別”技術(shù)能夠幫助農(nóng)業(yè)專家更快、更準(zhǔn)確地預(yù)測病蟲害的發(fā)生。